Conrad 10214 Operation Manual [de]

10214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 110214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 1 28.04.2016 15:33:2228.04.2016 15:33:22

blink

eute

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eute

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takt steuern

eute

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der

eute

tskalender

eute

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lle Versuche im Überblic

Raspberry Pi Adventskalender 2016 . . . . . . . . . . . . . .

Steckbrett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LEDs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

RGB-LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Widerstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Verbindungskabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.Tag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Rasp

erry Pi vorbereiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Betriebssysteminstallation in Kürze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LED leuchtet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.Tag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

LED Das Program

t rot und grün . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3.Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Farben mischen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

im Adven

RGB-LED blinkt bunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

im Adventskalen LED mit Sensorkon

So funktionieren Sensorkontakte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

im Adven

Der Raspberry Pi erzeugt Töne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

as Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

ag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Töne mit Scratch-Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

as Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

LED-Farbwechsel über PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

as Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

ag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

Musik mit Scratch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

10. Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

im Adventskalen

Pinbelegung eines HD44780-kompatiblen Displays . . . . . . . . . . . . . . .

Erstes Projekt mit dem LCD-Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

ag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

LCD-Modul mit Scratch steuern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

Das Program

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12. Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

Einfacher Zähler mit Knetekontakt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

13. Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

Maustracker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

14. Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

LED-Farbmischung mit PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

15. Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

toppuhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Das Pro

ramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

16. Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

spiel mit RGB-LEDs und Sensorkontakten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

Das Pro

ramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

im Adven

Text auf dem Display lesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

as Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Weihnachtslichteffekt

as Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19ag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Weihnachtsquiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

as Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

enspiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

as Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Labyrinth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

as Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

im Adven W

ihnachtsmusik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23.

ag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Karaoke-Keyboard für Weihnachtslieder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

24. Ta g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

Heute im Adventskalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Weihnachtsbaumschmuck mit MP3-Player . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Das Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5 5 5

7 7

10214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 210214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 2 28.04.2016 15:33:3528.04.2016 15:33:35

Raspberry Pi Adventskalender 201

loads zu

tskalende

das Verzeic

ett

euchtet

dete

ussdrähte

Mit einem normalen PC oder gar einem Notebook einfache Elektronik zu steuern, ist – auch wenn es nur ein paar LEDs sind – für Hobbyprogrammierer mit einem kaum vertretbarem Aufwand verbunden. Dem PC fehlen einfach die notwendigen Schnittstellen. Außerdem ist das Windows-Betriebssystem denkbar ungeeignet, mit Elektronik zu kommunizieren

Der RaspberryPi ist – obwohl es auf den ersten Blick gar nicht so aussieht – ein vollwertiger Computer. Vieles geht etwas langsamer, als man es von modernen PCs gewohnt ist, dafür ist der Raspberry Pi auch viel kleiner und vor allem billiger als ein PC.

Dieser Adventskalender enthält für jeden Tag ein Hardwareexperiment für den RaspberryPi, mit RGBLEDs, LCD-Display und Musik. Die meisten Experimente werden mit Scratch programmiert, einer der am leichtesten erlernbaren Programmiersprachen überhaupt. Die Experimente funktionieren mit den Raspberry-Pi-Modellen A+, B+, Pi 2 und Pi3.

Down

Die verwendeten Scratch-Programme ﬁ nden Sie unter

ür dieses Produkt im Eingabefeld den Code 10214-8 ein. Entpacken Sie die Dateien aus dem ZIP-Archiv

m Adven

hnis/home/pi auf dem Raspberry Pi.

ttp://www.buch.cd zum Download. Tragen Sie

Für den schnellen Aufbau elektronischer Schaltungen, ohne löten zu müssen, ist am ersten Tag ein Steckbrett im Adventskalender. Damit können elektronische Bauteile direkt in ein Lochraster eingesteckt werden.

Bei diesem Steckbrett sind die äußeren Längsreihen über Kontakte (X und Y) alle miteinander verbunden. Diese Kontaktreihen werden oft als Plus- und Minuspol zur Stromversorgung der Schaltungen genutzt. In den anderen Kontaktreihen sin

eweils fünf Kontakte (A bis E und F bis J) quer miteinander verbunden, wobei in der Mitte der Platine eine Lücke ist. So können in der Mitte größere Bauelemente eingesteckt und nach außen hin verdrahtet werden

ie Verbindungen auf dem Steckbrett

LEDs werden in Schaltungen mit einem pfeilförmigen Dreiecksymbol dargestellt, das die Flussrichtung vom Pluspol zum Minuspol oder zur Masseleitung angibt. Eine LED lässt in der Durchﬂ ussrichtung nahezu beliebig viel Strom durch, sie hat nur einen sehr geringen Widerstand. Um den Durchﬂ ussstrom zu begrenzen und damit ein Durchbrennen der LED zu verhindern, muss zwischen dem verwendeten GPIO-Pin und der Anode der LED, oder zwischen Kathode und Masse-Pin, ein 220-Ohm-Vorwiderstand (Rot-Rot-Braun) eingebaut werden. Dieser Vorwiderstand schützt auch den GPIO Ausgang des RaspberryPi vor zu hohen Stromstärken.

Schaltplan einer LED mit Vorwiderstan

LED in welcher Richtung anschließen?

Die beiden Anschlussdrähte einer LED sind unterschiedlich lang. Der längere ist der Pluspol, die Anode, der kürzere die Kathode. Einfach zu merken: Das Pluszeichen hat einen Strich mehr als das Minuszeichen und macht damit den Draht optisch etwas länger. Außerdem sind die meisten LEDs auf der Minusseite abgeﬂ acht, wie ein Minuszeichen. Leicht zu merken: Kathode = kurz = Kante

RGB-LED

Eine normale LED l Adventskalender verwen Farben leuchten. Hier sind im Prinzip drei LEDs mit verschiedenen Farben in einem transparenten Gehäuse eingebaut. Jede dieser drei LEDs hat eine eigene Anode, über die sie mit einem GPIO-Pin verbunden wird. Die Kathode, die mit der Masseleitung verbunden wird, ist nur einmal vorhanden. Deshalb hat eine RGB-LED vier Anschl

Die Anschlussdrähte der RGB-LEDs sind unterschiedlich lang, damit sie eindeutig zu erkennen sind. Anders als bei normalen LEDs ist die Kathode hier der längste Draht

RGB-LEDs funktionieren wie drei einzelne LEDs und brauchen deshalb auch drei Vorwiderstände.

10214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 310214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 3 28.04.2016 15:33:3528.04.2016 15:33:35

immer nur in einer Farbe. Die im

n RGB-LEDs können wahlweise in mehreren

Anschlusspins einer RGB-LED

stände

)

r10

000

lb10

000

ün10

000

000.000

ß10

000.000.000

Schaltplan für eine RGB-LED mit drei Vorwiderstände

iderstände werden zur Strombegrenzung an empﬁ ndlichen elektronischen

auteilen sowie als Vorwiderstände für LEDs verwendet. Die Maßeinheit für

iderstände ist Ohm. 1.000 Ohm entsprechen einem Kiloohm, abgekürzt

Ohm. 1.000 kOhm entsprechen einem Megaohm, abgekürzt MOhm. Oft

ird für die Einheit Ohm auch das Omega-Zeichen

ie farbigen Ringe auf den Widerständen geben den Widerstandswert an.

it etwas Übung sind sie deutlich leichter zu erkennen als winzig kleine

ahlen, die man nur noch auf ganz alten Widerständen ﬁ ndet

ie meisten Widerstände haben vier solcher Farbringe. Die ersten beiden arbringe bezeichnen die Ziffern, der dritte einen Multiplikator und er vierte die Toleranz. Dieser Toleranzring ist meistens in Gold oder ilber, Farben die auf den ersten Ringen nicht vorkommen. Dadurch ist ie Leserichtung immer eindeutig. Der Toleranzwert selbst spielt in der

igitalelektronik kaum eine Rolle. Die Tabelle zeigt die Bedeutung der

arbigen Ringe auf Widerständen.

verwendet.

Farbe

ilbe

Gold 10 = 0, Schwarz Braun Rot 2 Orange

Blau 6

Violett

Grau

Wei

iderstandswert in Ohm

. Ring (Zeh

ner

. Ring

Einer

3. Ring (Multipli kator

= 0,0

10 = 10 = 1 10 = 1 10 = 1.

= 10.

= 100. 10 = 1.000.00 10 = 10. 10 = 100.

= 1.

. Ring (Toleranz

±10 ±5

±1 ±2

±0,5 ±0,25% ±0,1 ±0,05

In welcher Richtung ein Widerstand eingebaut wird, ist egal. Bei LEDs dagegen spielt die Einbaurichtung eine wichtige Rolle.

Verbindungskabe

Die farbigen Verbindungskabel haben alle auf einer Seite einen dünnen Drahtstecker, mit dem sie sich auf das Steckbrett stecken lassen. Auf der anderen Seite ist eine Steckbuchse, die auf einen GPIO-Pin des RaspberryPi passt

Pin-Belegung der GPIO-Pins

Vorsichtsmaßnahmen

Auf keinen Fall irgendwelche GPIO-Pins miteinander verbinden und abwarten, was passiert. Nicht alle GPIO-Pins lassen sich frei programmieren. Einige sind für die Stromversorgung und andere Zwecke fest eingerichtet. Einige GPIO-Pins sind direkt mit Anschlüssen des Prozessors verbunden, ein Kurzschluss kann den RaspberryPi komplett zerstören. Verbin-

et man über einen Schalter oder eine LED zwei Pins miteinander, muss immer ein Schutzwiderstand dazwischengeschaltet werden. Für Logiksignale immer Pin1 verwenden, der +3,3V liefert und bis 50mA belastet werden kann. Pin6 ist die Masseleitung für Logiksignale. Pin2 und 4 liefern +5V zur Stromversorgung externer Hardware. Hier kann so viel Strom entnommen werden, wie das USB-Netzteil des RaspberryPi liefert. Diese Pins dürfen aber nicht mit einem GPIO-Eingang verbunden werden

10214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 410214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 4 28.04.2016 15:33:3628.04.2016 15:33:36

1. Ta

)

astatur und Maus

abe

abel

)

usschalte

lade

abe

einschal-

ble

leuchtet

auteile:

Heute im Adventskalender

• Steckbrett (SYB 46

• RGB-LED

• 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun

• 2x Verbindungskabel

Raspberry Pi vorbereite

Um den Raspberry Pi in Betrieb zu nehmen, braucht man:

• USB-T

• HDMI-K

• Netzwerkk

• MicroSD-Karte mit Betriebssystem Raspbian Jessi

• Micro-USB-Handyladegerät als Netzteil (mindestens

1.000 mA

Das Netzteil als Letztes anschließen, damit schaltet sich der Raspberry Pi automatisch ein. Es gibt keinen eigenen Ein-/A

l für Monitor

Betriebssysteminstallation in Kürz

Für alle, die ihren Raspberry Pi noch nicht mit der aktuellen Raspbian-Version betriebsbereit haben, hier

ie Systeminstallation in 10 Schritten

. Tag

1 NOOBS (mindestens Version 1.8.0) auf den PC herun

n: www.raspberrypi.org/downloads und ZIP

Archiv auf die Festplatte entpacken.

2 Wurde die SD-Karte bereits benutzt, mit SD-Formatter

im PC neu formatieren: www.sdcard.org/downloads

ormatter_4. D

ten. Die SD-Karte muss mindestens 4GB groß sein.

3 Die Dateien und Unterverzeichnisse von NOOBS auf

ie SD-Karte kopieren.

4 SD-Karte aus dem PC nehmen, in den RaspberryPi stecken und booten. Ganz unten Deutsch als

Installations sprache wählen. Damit wird automatisch auch die deutsche Tastatur ausgewählt.

5 Das Häkchen beim vorausgewählten Raspbian-Betriebssystem setzen. Nach Bestätigung einer Sicher

heitsabfrage, dass die Speicherkarte überschrieben wird, startet die Installation, die einige Minuten

auert.

6 Nach abgeschlossener Installation bootet der RaspberryPi neu

7 Im Menü unter Einstellungen das Tool Raspberry Pi Conﬁ guration starten.

8 Auf der Registerkarte Interfaces den Schalter

9 Auf der Registerkarte Localisation im Feldet Timezone die Optionen

Locale undKeyboard sollten automatisch auf Deutsch gesetzt sein.

klicken und Raspberry Pi neu booten

SH auf Ena

Die erste RGB-LED leuchtet am Raspberry Pi

Links: LED leuchtet grün – rechts: LED leuchtet blau

setzen

urope undBerlin auswählen.

LED

Für das erste Experiment wird kein Programm benötigt. Der RaspberryPi dient hier nur als Stromversorgung für die RGB-LED. Das Experiment zeigt, wie RGB-LEDs angeschlossen werden. Achten Sie darauf, dass die RGB-LED richtig herum eingebaut ist. Die ﬂ ache Seite ist in der Abbildung oben.

Die abgebildete Schaltung lässt die RGB-LED rot leuchten. Wenn Sie das Ende des Widerstandes im Steckbrett vor eine der anderen Anoden der RGB-LED stecken, leuchtet diese grün oder blau

10214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 510214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 5 28.04.2016 15:33:3628.04.2016 15:33:36

1x Steckbrett, 1x RGB-LED, 1x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 2x Verbindungskabel

2. Ta

)

auteile

sta

über de

atch-Block

alle

eingetragen.

orne

ässt die

2. Ta

Heute im Adventskalende

• 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun

• Verbindungskabe

ED blinkt rot und grü

as Experiment des zweiten Tages lässt eine RGB-LED

abwechselnd rot und grün leuchten. Gesteuert wird

as Ganze über ein Programm in Scratc

: 1x Steckbrett, 1x RGB-LED, 2x 220-Ohm

Widerstand (Rot-Rot-Braun), 3x Verbindungskabe

as Programm

Scratch ist auf dem Raspberry Pi im Menü unter

ntwicklung vorin

einfachsten zu erlernenden Programmiersprachen. Seit Raspbian Jessie unterstützt Scratch die

PIO-Schnittstelle des RaspberryPi. Die GPIO nterstützung muss vor der ersten Verwendung

er den Menüpunkt

eingeschaltet werden

lliert und eine der am

earbeiten/Start GPIO serve

Die RGB-LED blinkt am Raspberry Pi

Dieses Scratch-Programm 02r

bled

GPIO-Server in Scratch starten

n Scratch braucht man beim Programmieren

einen Programmcode zu tippen. Die Blöcke werden

einfach per Drag-and-drop aneinandergehängt. Die

lockpalette im linken Tel des Scratch-Fensters enthält, ach Themen geordnet, die verfügbaren Blöcke.

as Programm startet, wenn der Benutzer oben rechts

m Scratch-Fenster auf das grüne Fähnchen klickt

Die GPIO-Befehle werden

nde... an

eben. Im Textfeld werden die jewei-

ige Pinbezeichnung und das Schlüsselwort

m Anfang werden die beiden GPIO-Pins 18 und

3 mit

als Ausgänge

eﬁ niert. Jeder GPIO-Pin kann entweder Ausgan

oder Eingang sein.

ne wiederhole fortlaufend-Schleife sorgt dafür, ass die RGB-LED endlos blinkt – so lange, bis der enutzer auf das rote Stopp-Symbol oben rechts in

LEDs abwechselnd blinken

Scratch klickt.

achdem die rote Komponente der RGB-LED an Pin 18 eingeschaltet und die grüne an Pin 23 ausgeschaltet ist, wartet das Programm eine halbe Sekunde (Scratch verwendet wie viele amerikanische Programme den Punkt als Dezimaltrennzeichen, nicht das in Deutschland übliche Komma)

ausge

n bzw.

10214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 610214-8 Raspberry Adventskalender 2016_03.indd 6 28.04.2016 15:33:3728.04.2016 15:33:37

Danach werden auf die gleiche Weise die rote Komponente der RGB-LED an Pin 18 ausgeschaltet und die grüne an Pin 23 eingeschaltet. Nach einer weiteren halben Sekunde wiederholt sich der Zyklus von v

3. Ta

)

ben mischen

auteile

gbled2

Heute im Adventskalender

• 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun

• Verbindungskabe

Far

Das Experiment des dritten Tages lässt die RGB-LED in Mischfarben aus den drei Farbkomponenten Rot, Grün und Blau leuchten

: 1x Steckbrett, 1x RGB-LED, 3x 220-Ohm

Widerstand (Rot-Rot-Braun), 4x Verbindungskabel

as Program

Das Programm funktioniert ähnlich wie das von gestern.

uch hier werden in einer Endlosschleife nacheinander verschiedene Kombinationen von Farben der RGB-LED einund ausgeschaltet. Im Unterschied zum vorherigen Programm

eiben bei jeder zweiten Farbe je zwei Farbkomponenten

eingeschaltet

Die Geschwindigkeit des Farbwechsels wird über eine

ariable bestimmten Wert gesetzt wird und dann für jeden Farbwechsel gilt.

gesteuert, die am Anfang des Programms auf einen

3. Tag

RGB-LED mit drei Farben am Raspberry P

ariablen in Scratc

ariablen sind kleine Speicherplätze, in denen man sich während eines Programms eine Zahl oder irgendetwas anderes merken kann. Wenn das Programm beendet wird, werden diese Variablen speicher automatisch wieder geleert. Variablen müssen in Scratch erst einmal angelegt werden,

evor man sie benutzen kann.

m Anfang des Programms werden alle drei Farbkomponenten der RGB-LED auf einen eindeuti deﬁ nierten Zustand gesetzt, den das Programm auch am Ende eines Schleifendurchlaufs hat. Je nachdem, wann der letzte Programmlauf vom Benutzer beendet wurde, kann die LED in unterschiedlichen Farben leuchten. Die Tabelle zeigt, wie die Farbkomponenten im Laufe einer Programmschleife geschaltet werden

Programmzeil

ED-Farben

Programmstart

pio18o

r gpio24o gpio23o

pio18of pio24o

gpio23o

Additive Farbmischun

itive Farbmischung

RGB-LEDs verwenden die sogenannte additive Farbmischung. Dabei werden die drei Lichtfarben

as Programm

steuert die RGB-LED.

Rot, Grün und Blau addiert und ergeben am Ende reines Weiß. Im Gegensatz dazu verwendet ein Farbdrucker die subtraktive Farbmischung. Jede Farbe wirkt auf einem weißen Blatt wie ein Filter, der einen Teil des weiß reﬂ ektierten Lichtes wegnimmt (= subtrahiert). Druckt man alle drei Druckerfarben übereinander, ergibt es Schwarz, das gar kein Licht mehr reﬂ ektiert

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4. Ta

)

tstehe

ässt die RG

4. Ta

eute im Adventskalender

Schaltdrah

Der Schaltdraht wird erst in den nächsten Tagen für verschiedene Experimente benötigt. Legen Sie sich bis dahin schon einmal eine Zange und ein scharfes Messer bereit, um die passenden Drahtstücke abzuschneiden und abzuisolieren

RGB-LED an den GPIO-Pins 23, 24, 2

RGB-LED blinkt bun

Das Experiment des vierten Tages lässt eine RGB-LED zufällig in verschiedenen Farben blinken

Bauteile: 1x Steckbrett, 1x RGB-LED, 3x 220-Ohm Widerstand (Rot-Rot-Braun), 4x Verbindungskabe

Die Schaltung ist heute leicht verändert. Bisher wurde auf einen möglichst übersichtlichen Schaltungsaufbau geachtet, diesmal werden für den verwendeten Zufallsalgorithmus GPIO-Pins mit aufeinanderfolgenden

ummern genutzt

as Programm

Die RGB-LED ist an drei GPIO-Pins mit aufeinanderfolgenden Nummern (23, 24, 25 angeschlossen. Dadurch kann die Steuerung über eine Zufallszahl zwischen 23 und 25 erfolgen

In jedem Schleifendurchlauf wird einer der drei Pins der RGB-LED zufällig eingeschaltet. Dazu generiert das Programm eine Zufallszahl aus dem Bereich

23...25. Zwei ineinander geschachtelte verbinde Blöcke erzeugen daraus einen dieser Texte: gpio23on

gpio24on gpio25on

In Scratch können Zahlen und Zeichenketten beliebig zu Zeichenketten verbunden werden, was in anderen Programmiersprachen oft erst nach vorheriger Konvertierung möglich ist.

Danach schaltet ein ähnlicher Block zufällig einen

er drei Pins der RGB-LED aus. Da in beiden Fällen

er Schaltzustand des jeweiligen Pins vorher nicht geprüft wird, kann auf diese Weise nach ein paar Schleifendurchläufen jede denkbare Kombination aus ein- und ausgeschalteten Farben entstehen.

as Programm

ie en

4zufa

n Zufallszahlen

B-LED bunt blinken

Gemeinhin denkt man, in einem Programm könne nichts zufällig geschehen – wie also kann ein Programm dann in der Lage sein, zufällige

ahlen zu generieren? Teilt man eine große Primzahl durch irgendeinen Wert, ergeben sich ab der x-ten Nachkommastelle Zahlen, die kaum noch vorhersehbar sind. Diese ändern sich auch ohne jede Regelmäßigkeit, wenn man den Divisor regelmäßig erhöht. Dieses Ergebnis ist zwar scheinbar zufällig, lässt sich aber durch ein identisches Programm oder den mehrfachen Aufruf des gleichen Programms jederzeit reproduzieren. Nimmt man aber eine aus einigen dieser Ziffern zusammengebaute Zahl und teilt sie wiederum durch eine Zahl, die sich aus der aktuellen Sekunde oder dem Inhalt einer beliebigen Speicherstelle des Computers ergibt, kommt ein Ergebnis heraus, das sich nicht reproduzieren lässt und daher als Zufallszahl bezeichnet wird

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5. Ta

)

mit Sensorkontakt steuern

auteile

ß.

schaltet eine

über eine

Heute im Adventskalender

• Knet

• 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau

LED

mpeln, Türöffner, Lichtschalter und Automaten werden heute oft mit Sensorkontakten gesteuert, die man nur zu berühren braucht. Taster, die wirklich gedrückt werden müssen, werden immer seltener. Das Experiment des fünften Tages steuert eine LED über einen einfachen Sensorkontakt.

3x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun) 1x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau) 4xVerbindungskabel, 2x Knetekontakt, 1x isolierte Drahtbrück

Die durchgehende Schiene links auf dem Steckbrett wird verwendet, um die drei Farbkomponenten der RGB-LED mit einem einzigen GPIO-Pin zu verbinden. Wird die LED eingeschaltet, leuchtet sie jetzt immer wei

Die Drahtbrücke, die die Kathode der LED mit der durchgehenden Masseschiene ganz rechts auf dem Steckbrett verbindet, wird aus isoliertem Draht hergestellt, bei dem nur

ie beiden Anschlussenden etwa 5 mm abisoliert sind.

: 1x Steckbrett, 1x RGB-LED

Der Sensorkontakt schaltet die LED ein.

5. Tag

So funktionieren Sensorkontakt

Der als Eingang geschaltete GPIO-Pin ist über einen extrem hochohmigen Widerstan

20MOhm) mit +3,3V verbunden, sodass ein schwaches, aber eindeutig als High deﬁ niertes Signal anliegt. Ein Mensch, der nicht gerade frei in der Luft schwebt, ist immer geerdet und liefert über die elektrisch leitfähige Haut einen Low-Pegel. Berührt dieser Mensch einen Sensorkontakt, wird das schwache High-Signal von dem deutlich stärkeren Low-Pegel der Fingerkuppe überlagert und zieht den GPIO-Pin auf Low-Pegel. Wie hoch allerdings

er Widerstand zwischen Hand und Masse wirklich ist, hängt von vielen Dingen ab, unter anderem von Schuhen und Fußboden. Barfuß im nassen Gras ist die Verbindung zur Masse der Erde am besten, aber auch auf Steinfußböden funktioniert es meistens gut. Holzfußböden isolieren stärker, Kunststoffbodenbeläge sind oft sogar positiv aufgeladen. Damit die Schaltun immer funktioniert, ist, ähnlich wie bei Sensortasten an Aufzügen und Türen, zusätzlich ein Massekontakt eingebaut. Berührt man diesen und den eigentlichen Sensor gleichzeitig, ist die Masseverbindung auf jeden Fall hergestellt. Knete leitet den Strom etwa so gut wie menschliche Haut. Sie lässt sich leicht in jede beliebige Form bringen und ein Knetekontakt fasst sich viel besser an als ein einfaches Stück Draht. Die Fläche, mit der die Hand den Kontakt berührt, ist deutlich größer. So kommt es nicht so leicht zu einem „Wackelkontakt“. Isolieren Sie ein Ende

as Programm

Sensorkontakt ein

5senso

LED

eines etwa 10cm langen Stücks Schaltdraht auf einer Länge von etwa 2cm ab und stecken Sie es in ein Stück Knete. Das andere Ende isolieren Sie nur etwa 5mm ab, um es in das Steckbrett zu stecken

as Program

Damit die Sensorkontakte funktionieren, müssen zuerst die internen Pullup-Widerstände an den GPIO-Pins ausgeschaltet werden, die auf dem Raspberry Pi standardmäßig immer eingeschaltet sind. Das erledigt der Zusatz des GPIO-Eingangs am Anfang des Programms. In einer Endlosschleife prüft eine 0 ist. Dann ist der GPIO-Pin mit Masse verbunden, der Sensor wurde also berührt. Bedingungen sind Blöcke mit spitzen Enden, die meisten sind auf der Blockpalette

peratoren zu ﬁ nden. Welchen Wert ein GPIO-Eingang gerade hat, wird mit dem Block Blockpalette Fühlen überprüft. Im Listenfeld stehen alle GPIO-Eingänge zur Auswahl. Sollte der verwendete GPIO-Eingang nicht aufgelistet sein, doppelklicken Sie einmal auf den bereits im Programm vorhandenen Block, in dem dieser Eingang deﬁ niert wird. Berührt man den Sensor, wird die LED am GPIO-Pin 24 eingeschaltet, andernfalls – wenn der Sensor nicht berührt wird – wird sie ausgeschaltet. Nachdem die LED ein- oder ausgeschaltet wurde, wartet das Programm 0,2 Sekunden lang. Solche sogenannten „Timeouts“ oder auf Deutsch „Auszeiten“ baut man immer ein, wenn Programme direkt mit Hardware kommunizieren. Sie verhindern – einfach ausgedrückt – dass sich ein Programm „überschlägt“ und irgendein Hardwareereignis nicht mehr mitbekommt

ullnone am GPIO-Befehl conﬁ g23in zur Initialisierun

alls…sonst-Abfrage, ob der Wert des Sensors gpio23 gleic

ert von Sensor... von der

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Jed

able

festgelegt. Danach wird die LED wieder

oder über eine

atu

tet die

6. Ta

eute im Adventskalender

2x Verbindungskabe

Der Raspberry Pi erzeugt Tön

Der Raspberry Pi kann über einen HDMI-Monitor, einen externen Lautsprecher oder Kopfhörer an der analogen 3,5-mm-Klinkenbuchse Musik abspielen. Bei Computermonitoren mit DVI

nschluss, die am HDMI-Ausgang angeschlossen sind, muss am analogen Ausgang ein Lautsprecher angeschlossen werden, da das Audiosignal nicht über das DVI-Kabel übertragen wird. Klicken Sie mit der rechten Maustaste oben rechts auf das Lautsprechersymbol, um den

Audioausgang auswählen

ile:

x Steckbrett, 1x RGB-LED, 3x 220-Ohm-Widerstand (Rot-Rot-Braun), 1x 20-MOhm-Widerstand (Rot-Schwarz-Blau), 6x Verbindungs-

kabel, 2x Knetekontakt, 1x isolierte Drahtbrücke

Mit den inzwischen sechs verfügbaren Anschlusskabeln lassen sich die drei Farbkomponenten der RGB-LED über einen Knetekontakt getrennt steuern.

udioausgang auszuwählen.

as Programm

es Mal, wenn man den Knetekontakt berührt, pielt der Raspberry Pi einen Ton ab und lässt die ED dazu in einer charakteristischen Farbe leuchten.

wechselnd werden die Töne C, E und G gespielt, die

ED leuchtet dazu in Rot, Grün oder Blau.

er Scratch-Block warte bis... lässt das Programm

warten, bis eine bestimmte Bedingung erfüllt ist – in

iesem Fall, bis der Sensor berührt wird. Danac

wird eine Farbe der LED eingeschaltet und ein Ton

bgespielt. Die Zeitdauer wird am Programmanfang in

r Vari

usgeschaltet

Der Sensorkontakt schaltet die LED um und erzeugt Töne

Ton für »spiele Note...«-Block festlegen

m Block

ls Zahlenwert

estgelegt werden.

piele Note ... für ... Schläge kann der Ton

Klavi

r interaktiv

as Programm 06toene

Knetekontakt und erzeugt Töne

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hal

LED mit einem

7. Ta

auteile

auf die Buttons

äsentationsmodus schaltet

eder auf die

Heute im Adventskalender

• 2x Verbindungskabel

Töne mit Scratch-Buttons

Das Experiment des siebten Tages steuert eine RGB-LED über Scratch-Buttons und zeigt damit objektorientierte Programmiertechniken in Scratch

Mit den inzwischen acht Verbindungskabeln lässt sich eine RGB-LED auch außerhalb des Steckbretts verwenden, um sie zum Beispiel an den Weihnachtsbaum zu hängen

: 1x Steckbrett, 1x RGB-LED, 3x 220-Ohm

Widerstand (Rot-Rot-Braun), 8x Verbindungskabel

as Program

Das Programm zeigt drei farbige Buttons. Klickt man darauf, leuchtet die LED kurz in der jeweiligen Farbe und es wird, ähnlich wie im Programm von gestern, ein Ton abgespielt.

im Klicken

nteraktiven Modus können diese

sehr leicht versehentlich verscho-

en werden. Das Symbol oben

echts schaltet auf den Präsenta tionsmodus um. Scratch läuft dann im Vollbildmodus und Objekte lassen sich nur dann verschieben, wenn es im Programm gestattet wurde. Der Pfeil links oben im Pr

Scratch-Programmieroberﬂ äche zurück

7. Tag

GB-LED mit Verbindungskabeln „verlängert“

Scratch-Programme müssen immer einem Objekt oder der Bühne (dem Hintergrund) zugeordnet sein. Im Programm des siebten Tages werden beim Klic auf die grüne Fahne nur die drei verwendeten GPIO

usgänge sowie eine Variable für die Länge der

abzuspielenden Töne initialisiert.

er der drei runden Buttons hat einen eigenen

Je Programmblock, der ausgeführt wird, wenn das entsprechende Objekt angeklickt wird. Jedes Mal wird eine Farbe der RGB-LED eingeschaltet und ein Ton abgespielt.

Die drei Objekte und ihre Programmblöcke

Das Scratch-Programmmodul für die Bühne aus dem Programm 07

utton

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